mos场效应晶体管.ppt

1、2.3 MOS场效应晶体管,场效应管,结型场效应三极管JFET,绝缘栅型场效应三极管IGFET,Junction type Field Effect Transistor,Insulated Gate Field Effect Transistor,分类,N沟道,P沟道,金属氧化物半导体三极管,MOSFET Metal Oxide Semiconductor FET,增强型,耗尽型,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,MOS管结构,动画23,以 N 沟道增强型MOS管 为 例,G栅极（基极） S源极（发射极） D漏极（集电极） B衬底,N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在

2、P型半导体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极,MOS管工作原理,以N沟道增强型MOS管为例,正常放大时外加偏置电压的要求,问题：如果是P沟道，直流偏置应如何加？,栅源电压VGS对iD的控制作用,VGSVTN时（ VTN 称为开启电压),VGSVTN时(形成反型层),(动画2-4）,在漏源电压作用下开始导电时（即产生iD）的栅源电压为开启电压VT,在栅极下方形成的导电沟道中的电子，因与P型半导体的多数载流子空穴极性相反，故称为反型层。,漏源电压VDS对iD的控制作用,(动画2-5),VGSVT后,外加的VDS较小时， ID将随着VDS的增加而增

3、大。,当VDS继续增加时，由于沟道电阻的存在，沟道上将产生压降，使得电位从漏极到源极逐渐减小，从而使得SiO2层上的有效栅压从漏极到源极增大，反型层中的电子也将从源极到漏极逐渐减小。,当VDS大于一定值后， SiO2层上的有效栅压小于形成反型层所需的开启电压，则靠近漏端的反型层厚度减为零，出现沟道夹断， ID将不再随VDS的增大而增大，趋于一饱和值。,转移特性曲线,iD=f(vGS)VDS=const,调制系数,输出特性曲线,iD=f(vDS)VGS=const,N沟道耗尽型MOS管,结构示意图,在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当VGS=0时，这些正离子已经在P型表面感应出

4、反型层，在漏源之间形成了沟道。于是只要有漏源电压，就有漏极电流存在。,转移特性曲线,耗尽型与增强型MOS管的差异,耗尽型：当VGS0 时，存在导电沟道，ID0,增强型：当VGS0 时，没有导电沟道，ID0,电路符号,PMOS场效应管,PMOS管结构和工作原理与NMOS管类似，但正常放大时所外加的直流偏置极性与NMOS管相反。,PMOS管的优点是工艺简单，制作方便；缺点是外加直流偏置为负电源，难与别的管子制作的电路接口。,PMOS管速度较低，现已很少单独使用，主要用于和NMOS管构成CMOS电路。,2.4 结型场效应晶体管,结构,G栅极（基极） S源极（发射极） D漏极（集电极）,在N型半导体硅

5、片的两侧各制造一个PN结，形成两个PN结夹着一个N型沟道的结构。P区即为栅极，N型硅的一端是漏极，另一端是源极。,动画28,工作原理,以N沟道PN结结型FET为例,正常放大时外加偏置电压的要求,问题：如果是P沟道，直流偏置应如何加？,栅源电压对沟道的控制作用,（动画29）,漏源电压对沟道的控制作用,当VGS=0,VDS=0时，漏电流ID=0,特性曲线,(b) N沟道结型FET 转移特性曲线,N沟道结型FET 输出特性曲线,N 沟 道 增 强 型,绝缘栅场效应管,P 沟 道 增 强 型,各类场效应三极管的特性曲线,绝缘栅场效应管,各类场效应三极管的特性曲线,N 沟 道 耗 尽 型,P 沟 道 耗

6、 尽 型,结型场效应管,各类场效应三极管的特性曲线,N 沟 道,P 沟 道,场效应管参数,开启电压VGS(th) (或VT),开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值, 场效应管不能导通。,夹断电压VGS(off) (或VP),夹断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VGS(off) 时,漏极电流为零。,场效应管参数,当VGS=0时，VDS|VP|时所对应的漏极电流。,输入电阻RGS,MOS管由于栅极绝缘，所以其输入电阻非常大，理想时可认为无穷大。,饱和漏极电流IDSS,场效应管参数,低频跨导指漏极电流变化量与栅压变化量的比值，可以在转移特性曲线上求取。,最大漏极功耗PDM,最大漏极